高频考点-2023届高三物理冲刺卷 03三种基本作用力 受力分析（有解析）

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03 三种基本作用力 受力分析
一、单选题
1．如图所示，两个小孩分别用力、共同提着一桶水，水桶静止。若水桶的重力为，则（　　）
A．水桶所受的合力为0
B．水桶所受的合力大小为
C．、的大小可以都为
D．、的大小可以都为
2．物体A的质量为1kg，置于水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2。从t＝0时刻开始，物体以一定的初速度v0向右滑行，同时受到一个水平向左的大小恒为F0＝1N的作用力，则反映物体受到的摩擦力f随时间变化的图像是图中的（取向右为正方向）（　　）
A．B．
C．D．
3．如图，小明在倾斜的路面上使用一台没有故障的体重秤，那么测出来的体重示数比他实际体重（ ）
A．偏大
B．偏小
C．准确
D．不准确，但无法判断偏大偏小
4．如图所示，粗糙水平桌面上一质量为5kg的物体，在水平拉力F作用下，沿水平方向向右运动，物体与水平面间的动摩擦因数为0.4，g取10m/s2，，则地面对物体的滑动摩擦力大小为（　　）
A．2N B．5N C．20N D．2000N
5．下列关于摩擦力的说法正确的是（ ）
A．相互压紧的粗糙物体间必有摩擦力
B．静摩擦力不一定随正压力增大而增大
C．静止的物体一定不会受到滑动摩擦力作用
D．摩擦力方向一定不会与物体运动方向相同
二、多选题
6．在倾角为的光滑斜面底端固定一块垂直于斜面的挡板物体A．B用轻弹簧连接并放在斜面上，弹簧与斜面平行，系统处于静止状态，如图所示。已知物体A的质量为，物体B的质量为，弹簧的劲度系数为，现在将物体B从静止状态沿斜面缓慢向下压后释放，取重力加速度大小，整个过程中斜面处于静止状态弹簧处于弹性限度内，则在物体B运动的过程中（ ）
A．物体A会离开挡板，A对挡板的最大压力为
B．物体A不会离开挡板，A对挡板的最小压力为
C．物体A不会离开挡板，物体B的振幅为
D．物体A不会离开挡板，物体B的振幅为
7．如图甲所示，轻弹簧直立在地面上，一端与地面相连，另一端与质量为1kg的物块相连，物块处于静止状态。在物块上施加一个竖直向上的拉力F，使物块向上做初速度为零的匀加速直线运动，拉力F随时间t变化的规律如图乙所示，弹簧的形变始终在弹性限度内，重力加速度g=10m/s2，则（ ）
A．弹簧的劲度系数为1000N/m
B．物块运动的加速度大小为2m/s2
C．从静止开始至拉力的大小刚好等于物块重力的过程中，物块重力势能增量为0.09J
D．当物块的动能增量刚好等于拉力和重力做功之和时，物块的动能大小为0.2J
8．如图所示，一条细线一端与地面上的物体B相连，另一端绕过质量不计的滑轮与小球A相连，滑轮用另一条细线悬挂在天花板上的O′点，细线与竖直方向所成角度为α，则
A．如果将物体B在地面上向右移动一点，地面对B的支持力将变小
B．如果将物体B在地面上向右移动一点，α角将增大
C．悬挂滑轮的细线的拉力一定大于小球A的重力
D．减小小球A的质量，α角一定增加
三、解答题
9．某一电压表的原理示意图如图所示。单位长度阻值为的均匀细金属棒通过两个绝缘挂钩与两根相同的竖直悬挂的弹簧相连，弹簧的劲度系数均为，在矩形区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，与的右端连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数，的长度大于，当两端无电压且处于平衡状态时，与矩形区域的边重合，此时指针指示0；当两端接待测电压时，指针示数可表示电压大小，求：
（1）电压表正常工作时，导体棒的两端、中哪端电势更高？请说明理由；
（2）若，，，，，，电压表的量程是多少？
10．把质量为3kg木块放在水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向向右拉木块，如图所示。当测力计的示数为3N时，木块没有动；逐渐增大拉力到6 N时，木块仍静止；继续增大拉力到7.6 N时，木块开始移动，此时拉力突然变小到7.2 N，此后木块匀速运动，拉力保持7.2 N不变。（取g=10m/s2）
（1）随着外力的增大，静摩擦力有什么变化？
（2）求木块与桌面间的动摩擦因数。
11．如图所示，质量为2kg的物体静止在粗糙的水平地面上，给物体施加6N的水平拉力时，物体做匀加速直线运动，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，g取10m/s2。
（1）求物体受到的滑动摩擦力大小；
（2）求物体运动时加速度的大小。
12．航空公司装卸货物时常因抛掷而造成物品损坏，为解决这个问题，某同学设计了如图所示的缓冲转运装置，其中，质量为M=40kg紧靠飞机的A装置是由光滑曲面和粗糙水平面两部分组成。A的水平粗糙部分长度为L0=4m，质量也为M=40kg的转运车B紧靠A且与A的水平部分等高，小包裹C沿A的光滑曲面由静止滑下，经A的水平部分后滑上转运车并最终停在转运车上被运走，B的右端有一固定挡板。已知C与A、B水平面间的动摩擦因数均为μ1=0.2，缓冲装置A与水平地面间的动摩擦因数为μ2=0.1，不计转运车与地面间的摩擦，包裹C可视为质点且无其他包裹影响，C与B的右挡板碰撞时间极短，碰撞损失的机械能可忽略，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）若包裹C在缓冲装置A上运动时A静止不动，则包裹C的最大质量；
（2）若某包裹的质量为m=10kg，从距A水平部分高度为h=2.8m处由静止释放，为使该包裹能停在转运车B上，则转运车B的最小长度Lmin；
（3）若某包裹的质量为m=50kg，为使该包裹能滑上转运车B，则该包裹释放时h的最小值hmin。
参考答案：
1．A
【详解】AB．水桶静止，处于平衡状态，因此水桶受到的合力为零，故A正确，B错误；
C．若、的大小均为，当这两力方向相同时，合力的最大值为，而水桶重力为，水桶不可能静止，故C错误；
D．若、的大小均为，当这两力方向相同时，合力的最大值为，而水桶重力为，水桶不可能静止，故D错误。
故选A。
2．C
【详解】物块首先受到滑动摩擦力，大小
方向水平向左，做匀减速直线运动，当速度减为0，由于物体受到的拉力大小为1N，小于物体的最大静摩擦力的大小2N，所以物体不会再运动，此时物体受到的摩擦力为静摩擦力，大小等于拉力大小为1N，方向向右。
故选C。
3．B
【详解】因为人肯定是垂直接触体重秤的，在倾斜的路面上使用一台没有故障的体重秤，可将该情景简化为斜面模型，人站在斜面上，对地面的压力为（θ为斜面的倾角），故小于重力，测出的体重比实际的小，B正确．
4．C
【详解】物体受重力、支持力、拉力作用，重力与支持力平衡，有
则滑动摩擦力为
故ABD错误，C正确。
故选C。
5．B
【详解】A．相互压紧的粗糙物体要有相对运动或者相对运动的趋势才有摩擦力，故A错误；
B．滑动摩擦力大小跟压力成正比，而静摩擦力大小与压力无关，故B正确；
C．静止的物体可以受到滑动摩擦力也可以受到静摩擦力，比如在地面滑动的物块对地面有滑动摩擦力，故C错误；
D．摩擦力方向与相对运动或相对运动趋势方向相反，可能与物体的运动方向相同，也可以与物体运动方向相反，故D错误。
故选B。
6．BD
【详解】物体A、B的重力沿斜面向下的分力分别为
GAx=mAgsin30°=0.2×10×0.5N=1N
GBx=mBgsin30°=0.1×10×0.5N=0.5N
弹簧原来的压缩量为
下压x=10cm时，释放瞬间B的合外力大小为
F合=k（x+x0）-GBx=10（0.05+0.1）N-0.5N=1N
方向沿斜面向上。
假设A始终不动，则释放后B将做简谐运动，振幅为10cm，根据对称性可知，B运动到最高点时的合外力大小亦为1N、方向沿斜面向下，这时弹簧的拉力达到最大，由
F合=Tmax+GBx
得最大的拉力
Tmax=F合-GBx=1N-0.5N=0.5N
由于
Fm＜GAx
所以假设成立，即A不会离开挡板，物体B的振幅为10cm，A对挡板的最小压力为
Fmin=GAx-Fm=1N-0.5N=0.5N
A对挡板的最大压力为
Fmax=GAx+k（x0+x）=1N+10（0.05+0.1）N=2.5N
故选BD。
7．AC
【详解】B．开始时物块处于静止状态，弹簧处于压缩状态，此时
①
当时，对物块受力分析，根据牛顿第二定律
②
得
故B错误；
A．当时，对物块受力分析，由于F < mg，则根据牛顿第二定律
③
因为物块向上做初速度为零的匀加速直线运动，在内
联立①②③得
k=1000N/m
故A正确；
C．当拉力的大小刚好等于物块重力时，弹簧弹力提供外力
得
故C正确；
D．物块的动能增量刚好等于拉力和重力做功之和时，说明弹簧弹力做功为0，开始时弹簧压缩x，弹簧弹力做功为0，则弹簧需伸长x，即位移2x
物块的动能大小为
故D错误。
故选AC。
8．BC
【详解】A．将物体B在地板上向右移动一小段距离，∠AOB增加，拉力在竖直方向的分量减小；对物体B进行受力分析，由受力平衡可得：地面对B的支持力等于物体B的重力减去细绳拉力在竖直方向的分量，故地面对B的支持力将增大，A错误；
B．对小球A受力分析，受重力和拉力，根据平衡条件，有：
如果将物体B在地板上向右移动稍许，则∠AOB增加；对滑轮分析，受三个拉力，如图所示：根据平衡条件
故一定增加，B正确；
C．悬挂定滑轮的细线的拉力等于OA、OB两段细绳的合力，又有OA、OB两段细绳的拉力都为小球A的重力，根据力的合成，由两力的夹角可得：合力大于小球A的重力，由受力平衡可得：悬挂定滑轮的细线的拉力一定大于小球A的重力，C正确；
D．减小小球A的质量，系统仍保持平衡状态，故根据受力平衡可得：角不变，D错误．
9．（1）N端，见解析；（2）15V
【详解】（1）由于当两端无电压且处于平衡状态时，与矩形区域的边重合，此时指针指示0，根据图形，可知当两端接待测电压时，为了指针示数可表示电压大小，所受安培力方向应该竖直向下，根据左手定则可知电流方向由N指向M，即电压表正常工作时，导体棒的端电势高。
（2）当两端无电压且处于平衡状态时有
当两端接待测电压到达ab位置时有
此时电压达到最大
解得
U=15V
10．（1）静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值；（2）
【详解】（1）静摩擦力的大小随着外力的增大而增大，但有一个最大值。
（2）由题意可知拉力突然变小到7.2 N，此后木块匀速运动，由平衡条件知木块受到的滑动摩擦力大小为
f = 7.2N
木块对木板的压力大小
FN = mg = 30N
由滑动摩擦力计算公式
得
11．（1）4N；（2）1m/s2
【详解】（1）物体受到的滑动摩擦力大小
（2）由牛顿第二定律
得
12．（1）40kg；（2）4m；（3）0.85m
【详解】（1）设包裹C的质量为m，包裹C在缓冲装置A上运动时A静止不动，需满足
解得
m≤M=40kg
即包裹C的最大质量为40kg。
（2）现在包裹的质量为m=10kg，则包裹C从A上释放后，缓冲装置A静止不动，包裹从滑上B车与挡板碰撞后又返回到B车的最左端时，B、C二者恰好共速，此时小车的长度最短，则包裹C下滑至B车左端时，根据动能定理有
根据动量守恒，包裹C与B车相互作用的过程中，满足
根据能量守恒，包裹C与B车相互作用的过程中，有
联立解得
Lmin=4m
（3）由于包裹质量大于40kg，则装置A推动B车运动。包裹能滑上B车，最小高度是包裹刚好可以滑上B车时，A、B、C三者共速。包裹到达A的水平粗糙部分后，A、B一起的加速度为
包裹的加速度为
则可画出A与B、C运动的图像，见下图，包裹在光滑曲面下滑至水平面时有
A、B、C三者共同速度为
由图像面积表示位移可得两图像中间所夹面积为A、C的相对位移，则
联立解得
hmin=0.85m
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